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非线性偏微分方程的研究成果

时间:2023-10-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:非线性科学成为当代科学研究的焦点和热点。许多自然现象都可以用非线性偏微分方程来描述,尤其是非线性演化方程或者非线性发展方程[1-10],因为非线性发展方程能很好地描述随着时间变化的自然现象,所以非线性偏微分方程或孤子方程的研究,具有十分重要的理论意义和应用价值。

非线性偏微分方程的研究成果

随着科学技术的快速发展,非线性问题在许多领域扮演着越来越重要的角色。非线性科学是一门新兴的交叉学科,数学力学物理、化学、生物、天文气象航天、医学等科学领域都渗透着它的影子。非线性科学成为当代科学研究的焦点和热点。主要包括三个方面:混沌、分形和孤立子。许多自然现象都可以用非线性偏微分方程来描述,尤其是非线性演化方程或者非线性发展方程[1-10],因为非线性发展方程能很好地描述随着时间变化的自然现象,所以非线性偏微分方程或孤子方程的研究,具有十分重要的理论意义和应用价值。19世纪20年代中后期以后,非线性科学特别是孤立子理论如雨后春笋般地蓬勃发展起来。国内外有大量学者投入到该方向的研究,许多专著随之出版[1-7,9-11]。从最初苏格兰造船工程师 Russell 于1834年发现孤立波[12],到1895年荷兰数学家 Korteweg 和 deVries 发现了一个新的模型,即后来著名的KdV 方程[13],此段时间,由于当时孤立波稳定性并没有得到解决,所以其物理意义当时并没有引起特别注意,沉寂了几十年之后,1955年,Fermi、Pasta 和 Ulam(简称FPU)[14] 等在美国著名的Los Alamos 实验室发表了Studies of nonlinear problem 一文,此文引起了科学家们对孤立波的研究兴趣。之后,1965年,美国普林斯顿大学的应用数学家 Kruskal 和贝尔实验室的 Zabusky[15],在著名的物理杂志《物理评论快报》上发表了一篇论文,通过对KdV 方程孤立子之间的相互作用进行数值模拟,对FPU 的结果给了更好的解释。他们在这篇论文中,首次给出了孤立子(soliton)这一术语。至此,开创了孤立波研究发展的新纪元。然而孤立子并不仅仅存在于水波,甚至到非线性光学量子力学电磁学流体力学凝聚态物理、等粒子物理学、天体物理等领域。从上面的简单介绍中可以得知,在孤立子的发展过程中,孤立子在自然科学的很多领域都扮演着越来越重要的角色。一方面数学家们一直寻找其解的结构性质、解的数值验证、新的求解工具,阐述其解的实际意义;另一方面,物理学家们一直从实际生活中,去发现一些新的模型,来描述现实生活中的一些常见现象。经过几十年的发展,科学家们发现了大量的非线性偏微分方程的求解方法,比如反散射变换方法[6,10,11,16,17]、Lax 对[18-20]、广田双线性方法[6,21-25]、达布变换(Darboux)和贝克隆(Bäcklund)变换方法[3,6,26-30]、分析方法[31-37]、对称群方法等。(www.xing528.com)

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